Скорость седиментации ила в аэротенке на синтетических материалах из полиамидных волокон

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Скорость седиментации ила в аэротенке на синтетических материалах из полиамидных волокон

Р.А. Сопорев

Проведены опыты по определению скорости седиментации ила на синтетических полотнах из полиамидных волокон в аэротенке-биореакторе, приведены их результаты, и определен наиболее эффективный для использования в синтетических загрузках материал. Полиамидные волокна характеризуются высокой прочностью и отличной стойкостью к износу. Они устойчивы к действию многих химических реагентов и биохимическим воздействиям. Полиамидные волокна имеют низкую гигроскопичность, в результате чего они становятся электрически заряженными. На основе полученных данных сделан вывод, что более эффективным для применения в синтетических загрузках материалом является нейлон.

Ключевые слова: аэротенк-биореактор; скорость седиментации; воздушная среднепузырчатая регенерация; синтетическая загрузка; полиамидные волокна. скорость нейлон ил синтетический

Современным способом интенсификации биологической очистки сточных вод является увеличение дозы активного ила в аэротенке c использованием ершовых инертных носителей для образования на них иммобилизованной микрофлоры. Повысить концентрацию биомассы без применения инертной загрузки достаточно трудно из-за удаления свободно плавающего ила из системы биологической очистки. Современные методы интенсификации биологической очистки сточных вод охватывают улучшение системы аэрации, повышение дозы активного ила, иммобилизацию микроорганизмов активного ила на различных носителях. Биологическая очистка в аэротенках в значительной мере определяется концентрацией активного ила. Наряду с этим увеличение дозы ила в классических конструкциях (смесителях, вытеснителях) более 3 г/л снижает эффективность работы системы «аэротенк - вторичный отстойник».

Одним из широко изучаемых и перспективных направлений повышения окисленной мощности аэрационных сооружений является увеличение рабочей дозы активного ила c использованием различных синтетических загрузок для образования на них фиксированной микрофлоры. В аэротенке поддерживаются два вида микробиальных культур: свободно плавающая, представляющая собой активный ил в обычном его понимании и прикрепленная к расположенному в иловой смеси носителю. В качестве носителей микрофлоры используются как плавающие, так и фиксировано установленные насадки из различных материалов различной формы, позволяющие поднять дозу ила в аэротенке до 8-10 г/л без ухудшения работы вторичных отстойников.

Носители микрофлоры должны обладать механической прочностью, способностью обрастать микроорганизмами и удерживать их, быть устойчивы к биохимическому разложению. В России и за рубежом производится достаточно много полимерных нитей и тканей, пригодных в качестве носителей для прикрепленных микроорганизмов. К ним относятся полиэтелен, капрон, лавсан и др.

Волокна, изготовленные из полипропилена и полиэтилена, отличаются стойкостью к действию микроорганизмов и высокой прочностью. Они нерастворимы в воде, спирте, минеральных кислотах и щелочах. Капрон также нерастворим в воде, стоек к действию микроорганизмов, не токсичен. Он высокоустойчив к щелочам, при этом не устойчив по отношению к ряду минеральных кислот.

При погружении синтетической загрузки в воду происходит ее сжатие под действием выталкивающей силы Архимеда. Полиэтилен и полипропилен имеют жесткую структуру. Капроновые волокна, напротив, хорошо сжимаются при погружении в воду. Это позволяет значительно уменьшить количество капроновых волокон при формировании необходимой степени наполнения [1].

Наиболее широко в качестве насадок для закрепления микроорганизмов используются ершовые инертные носители. Данная загрузка изготавливается из капроновой лески толщиной 0,25-0,4 мм, которая прикреплена к нержавеющей проволоке толщиной 1-1,4 мм. Диаметр «ерша» составляет 120 мм.

Наша работа проводилась на установке (рис. 1), состоящей из модельной ячейки, загрузочного полотна, двух компрессоров для аэрации и регенерации с ротаметрами, мелкопузырчатого аэратора, трубки с отверстиями для регенерации, двух манометров, лампы для просвечивания водно-иловой смеси и люксметра. Модельная ячейка представляет собой плоскостной вертикальный поперечный разрез объемного биореактора. Данная ячейка выполнена из силикатного полированного стекла с внутренними размерами 0,053 х 1,475 х 1,10 м. В качестве загрузки для проведения эксперимента было выбрано 3 различных полотна - капрон, нейлон, дюспо (табл. 1), которые пришивались леской к рамчатой конструкции с полной высотой 1,25 м и длиной 1,10 м. Длина полотна составляла 1,10 м, а высота - 0,80 м.

Рис. 1. Экспериментальная схема установки:

1 - модельная ячейка; 2 - компрессор с ресивером для аэрации; 3 - компрессор с ресивером для регенерации; 4 - мелкопузырчатый аэратор; 5 - ротаметр; 6 - регулятор расхода воздуха; 7 - манометр; 8 - регенератор; 9 - водно-иловая смесь; 10 - люксметр; 11 - лампа; 12 - загрузка с синтетическим носителем

Таблица 1

Характеристики исследуемых материалов

Расстояние от дна модельной ячейки до полотна составляло 0,09 м, водно-иловая смесь добавлялась до уровня, превышающего высоту загружаемого полотна на 0,1 м, что обеспечивало движение жидкости в основном циркуляционном контуре. Площадь загружаемого полотна равна 0,88 м2, что составляет 54,23 % от площади модельной ячейки. Над мелкопузырчатым аэратором и справа от модельной ячейки было предусмотрено пространство для стационарной установки люксметра. Люксметр контролировал интенсивность светового потока для отслеживания расчетной концентрации свободно плавающего ила.

Для циркуляции иловой смеси была предусмотрена мелкопузырчатая аэрация. Воздух подавался в модельную ячейку с количеством воздуха, равным 6,92 м3/м2ч, и контролировался ротаметром РМ-0,63 ГУЗ.

Для регенерации была смонтирована медная труба, расположенная по контуру ячейки, внизу на горизонтальном участке данной трубы были просверлены 7 отверстий диаметром 1 мм, что позволило использовать воздушную регенерацию без опасения, что отверстия забьются илом при простое в несколько часов или дней [4]. Количество воздуха, подаваемое в систему регенерации, контролировалось дополнительным ротаметром
РМ-0,63 ГУЗ и составляло 7,50 м3/м2ч. Время регенерации загрузки составляло 2 минуты.

В эксперименте использовался ил, привезенный с левобережных канализационных очистных сооружений города Иркутска. В начале эксперимента ил отстаивался, затем сливалась надыловая вода в колбу объемом 1000 мл. Колба с надыловой водой взвешивалась на весах марки Mettlertoledo, модели XS6002S с точностью измерения 0,01 g. Далее в такую же колбу наливалась осевшая иловая смесь и взвешивалась на весах. Разница между весом надыловой воды и иловой смеси соответствовала количеству ила, находящегося в 1000 мл воды. Далее иловая смесь отфильтровывалась на бумажном фильтре с синей лентой и помещалась в сушильный шкаф. Сушка фильтра осуществлялась при температуре 105 °С до постоянной массы.

После заполнения установки иловой смесью с дозой ила, равной ~0,3 г/л, в нее помещалось исследуемое полотно. При постоянной аэрации полотно находилось в ячейке некоторое время (2-3 часа) для стабилизации процесса седиментации.

Перед осуществлением контроля показаний производилась двухминутная регенерация. После регенерации первые пять минут с периодичностью в одну минуту записывались показания на люксметре. Далее периодичность снятия показаний достигала пяти минут. Измерения продолжались до достижения квазистационарного режима.

На основании полученных данных были рассчитаны и построены графики зависимости скорости седиментации от времени для различных материалов (рис. 2-4).

Рис. 2. Зависимость скорости седиментации свободно плавающего ила от времени для материала нейлон

Рис. 3. Зависимость скорости седиментации свободно плавающего ила от времени для материала дюспо

Рис. 4. Зависимость скорости седиментации свободно плавающего ила от времени для материала капрон

В первые пять минут на всех материалах идет процесс стабилизации, далее скорость седиментации стремится к постоянной. После 60 минут для нейлона скорость седиментации достигает нуля, для дюспо это время составило 40 минут, а для капрона - 55 минут.

Таблица 2

Количество ила, осевшего на синтетическом полотне, при разной скорости седиментации

На основе полученных данных сделан вывод, что наилучшие показатели имеет материал нейлон. Исходя из этого, следует, что нейлон может быть использован в качестве альтернативного материала для изготовления синтетических загрузок. Он, как и капрон, обладает высокой прочностью при растяжении, стойкостью к истиранию, высокой химической стойкостью, морозоустойчивостью, стойкостью к действию микроорганизмов, низкой гигроскопичностью, быстрой электризуемостью. Так же к достоинствам нейлона можно отнести невысокую стоимость и большую распространенность.

Библиографический список

1. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. Москва: Акварос, 2003. 512 с.

2. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Сафарова О.В. Кинетика осаждения активного ила на синтетических водорослях в аэротенке // Известия вузов. Строительство. 2011. № 7. С. 40-45.

3. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Зеленин А.М. Оптимизация водо-воздушной регенерации синтетической загрузки аэротенка-биореактора // Вестник МГСУ. 2014. № 7. С. 41-50.

4. Солопанов Е.Ю, Кульков В.Н., Широков А.Е. Использование воздушной регенерации иммобилизованного ила на ершовой загрузке в аэротенке // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость . 2016. № 4 (19). С. 138-146.

Размещено на Allbest.ru